・ネットワークの機能は回線交換機に集中
・伝送路 = 回線交換機
・複雑な制御や高度な機能をすべて処理
端末の識別(電話番号管理)、伝送制御 ... etc.
・端末(電話機)の機能は単純
・電気信号と音声の相互変換
・安価に大量に作れる
・サービスの主導権は通信事業者
・ネットワークの機能は端末に分散
・伝送路はたった1本のケーブル
・複雑な制御や高度な情報管理は不可能
・端末はコンピュータ
・高価だがあらゆることが可能
・伝送路は何もせず、すべての機能を端末で処理
・サービスの主導権は端末とアプリケーションへ
・コンテンツの提供側が通信事業を主導
フレームフィールドの詳細
フレームを構成する各フィールドの詳細を見てみよう
Ehernetは でノードを識別
MACアドレス(Media Access Control Address)
物理アドレス、フィジカルアドレスと言うこともある
MACアドレスはハードウェア固定
世界中に存在するノードはすべて固有のMACアドレスを持つ
MACアドレスの構造
①
②
③
このような階層構造をとることで、すべてのノードのアドレスを一意にできる
OUIは が管理
・OUIを検索してみよう(1)
・MACアドレスの確認法
・Windows コマンド
・Linux または コマンド
・Solaris コマンド（管理者権限が必要）
・OUIを検索してみよう(2)
・Google等で、"ieee mac" をキーワード検索
MACアドレスの構造
①
②
・各ノードのNICは を受信できる
・上位プロトコルに渡すフレームは
・自分宛の
・自分宛の
・
データの種類はタイプで指定
・タイプは運んでいるデータのプロトコルを示すコード番号
・コードは (10)= (16)より大きな値が割り当てられる
・IPv4: 2048(10)=0800(16)
・IPv6: 34525(10)=86DD(16)
… etc. (詳細はテキストP112)
でのエラー検出
・ ( )
・受信フレームが送信時と同じか判断するための検査データ
・宛先アドレス、送信元アドレス、タイプ、データの4つの領域に一定の計算式を当てはめて算出
① 送信時にFCSをセット
② 受信時にFCSを再計算
③ ①と②のFCSの値が 一致： 、 不一致：
・計算式はCRC（Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査）
・エラーフレームは破棄して、送信元に通知
・再送制御などは が担う
ところで、
・フレームの切れ目はどうやって判断するの？
・CSMA/CDは早い者勝ちで送信
・フレームの送信開始や終了を誰も予測できない
・データサイズは可変長
・but. フレームにはデータサイズを示す情報は存在しない
フレームを認識する仕組み
: クロックの同期をとる
( ): 次からフレームが始まる
とは
・1ビットの伝送に要する時間を1とした、時間単位
・Ethernetは、時間を実時間ではなくビット時間で規定
・規格によって伝送速度が異なる
・ビット時間なら、伝送速度が異なっても同じ物差しが使える
・伝送速度ごとの１ビット時間の長さ
・1ビット時間は
・10Mbps ＝ 1/(10×106[s]) ＝ 0.1[μs]
・100Mbps ＝ 1/(100×106[s]) ＝ 0.01[μs]
・1000Mbps ＝ 1Gbps ＝ 1/(1000×106[s]) ＝ 0.001[μs]
フレーム形式はもう1つある
・ フォーマット( : DEC, Intel, Xerox)
・ フォーマット
DIXフォーマットが早期に普及してしまったので、実際にはほとんど使われていない
フレームサイズについて考察
・なぜ最大データサイズは1500バイトか
・サイズは大きいほど伝送効率は
・あまり大きくすると…
・一台の端末がネットワークを
・コストを下げるため、当時(1980年頃)のメモリ価格から妥当なサイズにした
・なぜ最小データサイズは46バイトか
・フレームサイズでは、64バイト(6+6+2+46+4) = 512ビット
・ と密接な関係
最初のEthernetの技術目標
・媒体アクセス制御方式: CSMA/CD
・最大伝送速度: 10Mbps
・4台のリピータで最大2400mまで延長
CSMA/CDが成立するには…
ケーブル端で発生した をもう一方の端で確実に検出できなければならない
衝突が発生する最悪の場合
ここで衝突を検出しても、データが 、Aは自分のフレームが と判断してしまう
最も遠いところでの衝突を検出するには
①
②
両端の往復時間でデータが残るフレーム長は？
同軸ケーブルの信号伝搬速度: 19万[Km/s] (光速の約2/3弱)
リピータの遅延時間: 2.5[µs]
データ伝送速度: 10Mbps
必要なフレーム長を計算してみよう
(1)往復に要する時間
(2)1ビットのデータを伝送するのに要する時間(ビット時間)
(3)(1)の時間で伝送できるビット数
463[bit]
2^8 = 256[bit] < 463[bit] < 2^9 = 512[bit] =
CSMA/CDを支配する
・
・最小サイズのフレームを伝送するのに要する時間
＝ ビット時間
・すべてのEthernet規格でフレーム形式は
→スロット時間もすべて ビット時間
・512ビット時間で伝送できる距離と伝送速度
・最小フレームを伝送できる距離＝
・10Mbps: スロット時間＝51.2[µs] … 2500[m]
・100Mbps: スロット時間＝5.12[µs] … 250[m]
・1000Mbps: スロット時間＝0.512[µs] … 25[m]
・25[m]という距離は実用上使いにくい
・1000BASE-T Ethernetは、互換性を維持しながら伝送距離を延ばすために多大な苦労
ギガ・ビットEthernet
・ギガ・ビットEthernetの2つのこだわり
・速度へのこだわり
・10Mbps → 100Mbps → 次は1000Mbps = 1Gbps
・CSMA/CDへのこだわり
・10BASE5 から100BASE-TX まで続いた互換性を維持
・ギガ・ビットEthernet規格策定では、これらを
同時に実現したいと考えた（1995年）
・このために随分無理をしている
・伝送速度を10倍にすると、伝送可能な距離は に
フレーム長を強引に拡張
・1Gbpsでの最大伝送距離
・10Mbps：2500[m] →
・伝送距離を稼ぐにためにスロット時間を延ばす
・64バイトの最短フレーム長 → 8倍の512バイトに
・最大伝送距離 25[m]×8 = 200[m]
これでは伝送効率も1/8に → 高速化した意味がない！
で伝送効率改善
・10M/100MビットEthernet
・ギガ・ビットEthernet
: 伝送路を解放せずにフレームを送り続けること
そんなに無理しなくても、…スイッチがあるじゃない
・CSMA/CDが意味を持つのは？
・伝送路を する 通信のみ
・10M/100MのEthernetで、リピータハブを使う場合
・100BASE-TXの普及期(1990年代後半)、既にスイッチの時代に
・ を使った 通信では
・送信と受信は独立した伝送路 → コリジョンは
・ は必要ない
・スイッチには接続段数の制限もない
・苦労はしたものの
・キャリアエクステンションやフレームバースト
・規格には残るが…
・現在のギガ・ビットEthernetではほとんど実装されていない
Ethernetの本質と未来
・10G Ethernetでは、CSMA/CDを捨てた
・あらためてEthernetとは
・このフレーム形式を使うデータリンク規格
・次世代のEthernet
・速度を上げ、より広範囲で使われるように
・100GBASE-SR10 (マルチモード光ファイバ): 100[m]
・100GBASE-LR4 (シングルモード光ファイバ): 10[Km]
・100GBASE-ER4 (シングルモード光ファイバ): 40[Km]